PRESENTACION HIDRAULICA BASICA
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Facilitador: Ing. MSc. Américo Vásquez G.HIDRAULICA BASICA
Fecha: 3, 4 y 5 Noviembre 2011
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TEMA I: INTRODUCCION
• Historia Ingeniería hidráulica en Venezuela
• Ámbito
• Ciclo Hidrológico y Proyectos Hidráulicos
• Usos del agua y Proyectos Hidráulicos
• Proyectos Hidráulicos y desarrollo
• Etapas Proyecto hidráulico
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TEMA II: FLUJOS DE AGUA
• Descripción
• Tipos de flujo
• Estados de flujo
• Regimenes de flujos
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TEMA III: CAUDAL DISEÑO OBRAS
HIDRAULICAS
• Definición
• Cuenca u Hoya hidrográfica
• Métodos de calculo
• Registro pluviométrico
•
Curvas Intensidad –
Duración –
Frecuencia (IDF)• Método Racional
• Hidrograma unitario
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TEMA IV: INFORMACION TOPO - CARTOGRAFICA
• Levantamientos topográficos
• Fotointerpretación de planos Cartográficos (Paresestereoscopicos)
• Interpretación
• Sistemas de Información Geográficas (SIG), Programas
Arc-View, gvSIG, etc.
• Google - Earth
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TEMA V: FLUJO UNIFORME – ECUACIONES BASICAS
• Flujo Uniforme, Características
• Velocidad, Ecuación de Manning
• Factores afectan Coeficiente rugosidad (n)
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TEMA VI: DISEÑO CANALES y PEQUEÑAS OBRASHIDRAULICAS
• Condiciones normales
• Determinación Sección Transversal
• Obras drenaje transversal (Alcantarillas, cajones)
• Protección de torrentes (Gaviones)
• Líneas de flujo en Presas
• Curvas de embalses
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INTRODUCCION
DEFINICION Y ASPECTOS HISTORICOS
La Ingeniería hidráulica es la rama de la ingeniería civil que se ocupa de planificar, proyectar,
construir y operar las obras hidráulicas, entendiéndose por estas, las obras civiles cuya
función es captar, regular, controlar, transportar, distribuir, recolectar y disponer de las
aguas o bien protegerse de ellas.
Primeras obras hidráulicas en Venezuela – Ingenieros militares - servicio corona española
Siglo XIX – Dique de Caujarao (1863) para el acueducto de Coro – Acueducto de Caracas (1870) –
Acueducto de Valencia (1877) – Control de inundaciones y riego de Carinicuao (1874) –
Canalización del Catatumbo (1884) – Canalización del río Guarico para riego (1874 – 1905) –
En 1897 primera planta hidroeléctrica en el país , posiblemente en Suramérica por Ing. Ricardo
Zuloaga en el Encantado, río Guaire – Primera mitad siglo XX no se realizaron obras
hidráulicas.
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Entre 1950 – 1980, época de oro Ingeniería Hidráulica, se construyeron Presas y Embalses
para abastecimiento de agua, riego y control de inundaciones: Majaguas, Guarico,
Lagartigo, Camatagua, Ocumarito, Cumaripa, Dos Cerritos, Agua Viva, Tiznados.
Desarrollos hidroeléctricos: Santo Domingo y Guri
Acueducto submarino: Sucre – Isla de Margarita
Sistema Hidráulico: Turimiquire
NOTA: Últimos 30 años muy pocas obras hidráulicas de importancia en Venezuela y
dificultades para finalizar proyectos hidroeléctricos como: Uribante – Caparo y Yacambu –
Quibor.
Estudios de Ingeniería Hidráulica en Venezuela, datan años 60 con Departamentos de
hidráulica en la UCV, ULA, LUZ y UCAB.
UDO: Primer Postgrado en Ingeniería Hidráulica en Barcelona, 1968. Organizado M.O.P.
U.S.B. y CIDIAT: Postgrados en Ingeniería de los Recursos Hidráulicos
COPLANARH: Cumplió su objetivo de Planificar
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USOS DEL AGUA Y PROYECTOS HIDRAULICOS
• Agua se utiliza con fines de aprovechamiento
Abastecimiento urbano
Riego con fines agrícolas
Hidroelectricidad
Navegación
Recreación
Conservación flora y fauna
• Suministran protección contra los efectos dañinos del agua
Disposición de aguas servidas
Drenaje urbanoDrenaje agrícola
Control de crecidas
Control erosión
Control estructural de los suelos
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PROYECTOS HIDRAULICOS Y DESARROLLOEl desarrollo que se desea dar a una región no puede alcanzarse por escasez de
agua, recurriéndose a traer agua desde otras regiones (Trasvases)
ETAPAS EN LA PLANIFICACION DE PROYECTOS HIDRAULICOS
Reconocimiento e inventarioEstudio preliminar
Anteproyecto
Proyecto definitivoConstrucción
Operación y funcionamiento
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CLASIFICACION FLUJOS DE AGUA
El flujo de agua en un conducto puede ser Flujo en canal abierto o flujo en tuberías,similares en muchos aspectos, diferencia principal, el de canal abierto tiene unasuperficie libre, en tubería no la tiene.
ENFASIS EN CANALES ABIERTOS
TIPOS DE FLUJOS:En canales muchos tipos de acuerdo al criterio, puede ser de acuerdo aPROFUNDIDAD, respecto al TIEMPO y al ESPACIO:
TIEMPO:
Flujo Permanente y no permanente: Tiempo como criterio, profundidad cambia o noSe cumple ecuación de continuidad: Q = V * A en todo el trayecto canal o río
Q1 = V1 * A1 = Q2 = V2 * A2 = Qn = Vn * An
Flujo espacialmente variado o discontinuo: No cumple ecuación de continuidad
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ESPACIO:
Flujo Uniforme: Profundidad la misma en cada sección del canal o río
FLUJO UNIFORME PUEDE SER PERMANENTE O NO PERMANENTE
Flujo Variado: Profundidad flujo cambia a lo largo del canal o río
FLUJO VARIADO PUEDE SER PERMANENTE O NO PERMANENTE
FLUJO VARIADO: RAPIDAMENTE VARIADO O GRADUALMENTE VARIADO
Profundidad flujo cambia rápidamente abrupta en distancias cortas: Caídas, Resalto
FLUJO FUNDAMENTAL: FLUJO UNIFORME PERMANENTE
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ESTADOS DE FLUJO:
Gobernados por VISCOSIDAD y GRAVEDAD en relación a las FUERZAS INERCIALES
del flujo.
EFECTO VISCOSIDAD: LAMINARTURBULENTOTRANSICIONAL
Se representan con el Numero de Reynolds: R = V * L / u
EFECTO GRAVEDAD: CRITICOSUBCRITICOSUPERCRITICO
Se representan con el Numero de Froude: F = V / g*L
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REGIMENES DEL FLUJO:
En canal abierto combinacion de viscosidad y gravedad, produce 4 regimenes:
.- SUBCRITICO – LAMINAR : F menor que la unidad y R rango laminar
.- SUPERCRITICO – LAMINAR : F mayor unidad y R laminar
.- SUPERCRITICO – TURBULENTO : F mayor unidad y R turbulento
.- SUBCRITICO – TURBULENTO : F menor unidad y R turbulento
FLUJO IMPORTANTE: UNIFORME – PERMANENTE , Aplican ecuaciones Hidráulicas,tales como Manning y Continuidad
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CAUDAL DE DISEÑO PARA OBRASHIDRAULICAS
CAUDAL DE DISEÑO:Caudal o cantidad de agua generada por una Hoya o cuenca Hidrográfica,base para el calculo hidráulico.
CUENCA U HOYA HIDROGRAFICA:
Territorio rodeado de alturas, cuyas aguas fluyen todas a un mismo río,lago o mar.
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REGISTROS PLUVIOMETRICOS (MARNR)
PRECIPITACIONES MAXIMAS ESTACION JUAN GRIEGO
PRECIPITACIONES MAXIMAS ESTACION TACARIGUA
CALCULO CURVA IDF (Intensidad – Duración – Frecuencia)
ANALISIS DE FRECUENCIA (Método de Gumbell)
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Curvas de intensidad - Duración - Frecuencia para diferentes períodos de retorno Cuenca del Río
Caracas, Estación La Asunción, Período 1975 - 1996
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20
Duración (horas)
I n t e n s i d a d ( m m / h o r a s )
Tr = 2,33 años Tr = 5 años Tr = 10 años Tr = 25 años Tr = 50 años Tr = 100 años
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METODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO
• SE DIVIDE EL PLANO DE LA CUENCA EN VARIAS SUBCUENCAS. (ISOCRONAS)
• SE CALCULAN LAS ÁREAS DE LAS SUBCUENCAS.
• SE EXPRESAN EN PORCENTAJE DEL ÁREA TOTAL DE LA CUENCA Y SE
CONSTRUYE UN DIAGRAMA DE PORCENTAJE DE ÁREA CONTRA TIEMPO .
Tiempo (horas) Area %
1 15.50
2 19.80
3 28.50
4 9.70
5 26.50
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• AL DIAGRAMA OBTENIDO DEBE APLICÁRSELE EL EFECTO ALMACENADOR DE LA
CUENCA EMPLEANDO EL MÉTODO DE MUSKINGUM; PARA ELLO; DEBE
CONOCERSE LA CONSTANTE K LA CUAL ES APROXIMADAMENTE IGUAL AL TIEMPO
DE RETARDO TL, ESTA SE DETERMINÓ MEDIANTE LAS GRÁFICAS QUE
REPRESENTAN LA RELACIÓN ENTRE TL Y TC.
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• CON ESTE VALOR DE K, SE RESUELVEN LAS ECUACIONES CORRESPONDIENTES
PARA APLICAR EL MÉTODO DE CLARK.
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Tiempo (horas) Area de cuenca Acumulada
(km2) area-tiempo % Modificación por Almacenaje
(HUI) m3/seg HU/ 1 HORAm3/seg
(Co+C1)*3 C2*6 4+5
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0 0 0 0 0 0 0 1 5.8900 15.5000 4.6500 0 4.6500 0.5115 0.25575 2 13.4150 19.8000 5.9400 3.2550 9.1950 1.01145 0.761475 3 24.2450 28.5000 8.5500 6.4365 14.9865 1.648515 1.3299825 4 27.9500 9.7000 2.9100 10.4906 13.4006 1.4740605 1.5612878 5 38.0200 26.5000 7.9500 9.3804 17.3304 1.90634235 1.6902014 6 12.1313 12.1313 1.33443965 1.620391 7 8.4919 8.4919 0.93410775 1.1342737 8 5.9443 5.9443 0.65387543 0.7939916 9 4.1610 4.1610 0.4577128 0.5557941 10 2.9127 2.9127 0.32039896 0.3890559 11 2.0389 2.0389 0.22427927 0.2723391 12 1.4272 1.4272 0.15699549 0.1906374 13 0.9991 0.9991 0.10989684 0.1334462 14 0.6993 0.6993 0.07692779 0.0934123 15 0.4895 0.4895 0.05384945 0.0653886 16 0.3427 0.3427 0.03769462 0.045772 17 0.2399 0.2399 0.02638623 0.0320404 18 0.1679 0.1679 0.01847036 0.0224283 19 0.1175 0.1175 0.01292925 0.0156998 20 0.0823 0.0823 0.00905048 0.0109899 21 0.0576 0.0576 0.00633533 0.0076929 22 0.0403 0.0403 0.00443473 0.005385 23 0.0282 0.0282 0.00310431 0.0037695 24 0.0198 0.0198 0.00217302 0.0026387
HIDROGRAMA UNITARIO POR EL MÉTODO DE CLARK
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HIDROGRAMA UNITARIO CAUDAL MÁXIMO PARA 1 HORA.
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INFORMACION TOPOCARTOGRAFICA PARA EL DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
- LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS.
- FOTOINTERPRETACION DE PLANOS CARTOGRAFICOS (PARES
ESTEREOSCOPICOS).
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DESARROLLO DEL FLUJO UNIFORME Y DELAS ECUACIONES BASICAS DE HIDRAULICA
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Tipo de canal y Descripción Calidad del Material
Buena Regular Conductos cerrados parcialmente llenos A. Tubo de concreto 0.013 0.014 B. Tubos de metal corrugado 0.019 0.021 C. Concreto 1. Formaletas rugosas de madera 0.017 0.020 Canales revestidos o fabricados 1. Concreto sin terminar/Fondo de concreto terminado con
lechada, con paredes de piedra acomodada en mortero. 0.017 0.020
2. Piedra cortada y acomodada 0.015 0.017 Cursos naturales. Planicie crecida. 1. Pequeños arbustos y árboles 0.035 0.060 Cursos Naturales. Cursos de aguas importantes
1. Sección irregular y áspera 0.035 0.100
VALORES DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
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• Por lo general, se le atribuye a la circulación del agua en canalizaciones o cauces, encontacto con la atmósfera, un movimiento permanentemente uniforme. En este tipo demovimiento, los hilos de corriente son paralelos .
• En un régimen de movimiento permanente se verifica la siguiente condición :
• Donde: A * V = A1 * V1 = A2 * V2
• A= Superficie de la sección del agua.
•
V = Velocidad del agua.
• A1 = Superficie de la sección del agua en el punto 1
• V1 = Velocidad del agua en la sección S1
• A2 = Superficie de la sección del agua en el punto 2.
• V2 = Velocidad del agua en la sección S2
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• Cuando el régimen de movimiento de agua es permanente, el caudal circulante que vienedado por la siguiente ecuación, se mantiene constante (Ley de Continuidad).
• Donde: Q = V * A
• Q = Caudal circulante que se puede dar en m3 /seg
• V = Velocidad del agua
• A = Superficie de sección del curso del agua que se puede dar en m2 (superficie mojada en
un plano perpendicular al canal).
• El movimiento permanente, a su vez, puede ser uniforme y variado.
• Cuando la velocidad y las secciones del agua se mantienen constante a lo largo de todo elrecorrido por los canales, se dice que tiene un movimiento permanente uniforme.
• Cuando las velocidades y las secciones varían en el recorrido por los canales,manteniendo constante el valor de caudal en todas ellas, se dice que el agua tiene un
movimiento permanente variado .